引言

國家政策的支持與工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,推動了現(xiàn)代新技術(shù)與制造業(yè)的深度融合。工業(yè)機器人配合高端數(shù)控機床組成的智能生產(chǎn)線屬于智能制造領(lǐng)域的典型應(yīng)用,并廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的零部件生產(chǎn)中。在眾多智能產(chǎn)線應(yīng)用中,自動化上下料生產(chǎn)線的柔性加工由于能代替人工完成重復(fù)、繁重的上下料加工作業(yè),且系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、靈活性和高效性等優(yōu)勢而備受各類企業(yè)的青睞。下面主要結(jié)合具體的生產(chǎn)線案例進(jìn)行具體說明,該產(chǎn)線引入廣州數(shù)控研發(fā)生產(chǎn)的RB08型號工業(yè)機器人,并與其他相關(guān)設(shè)備組合,實現(xiàn)某密封工件加工過程中的自動取料、上料、下料、裝夾、零件移位和翻轉(zhuǎn)等,有效縮短了密封工件生產(chǎn)過程中的加工準(zhǔn)備和輔助時間。另外,本文所述自動化智能生產(chǎn)線除了適應(yīng)本密封工件的加工外,還可以適應(yīng)大多數(shù)零件的加工,具有強大的柔性功能。

1密封工件加工工藝流程分析

工藝流程分析是智能生產(chǎn)線整體設(shè)計的基礎(chǔ),需要結(jié)合本密封工件的加工精度和相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行分析,從而制訂出詳細(xì)的加工工藝流程。該企業(yè)原有密封工件的生產(chǎn)是人工將工件插入注塑機,完成注塑后再人工取出工件至切水口裝置上,不僅生產(chǎn)效率低,且人工操作具有一定的安全風(fēng)險 ,為此對該工件原生產(chǎn)模式進(jìn)行自動化改造。本改造需要借助一臺機器人、外夾工件等實現(xiàn)自動化上下料 ,同時要求工作站相對獨立,工業(yè)機器人與注塑機、切邊機及工裝夾具等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)組線,PLC進(jìn)行控制檢測和系統(tǒng)調(diào)度,形成加工過程無人值守、整體布局簡潔實用、便于操作和維護(hù)、具有安全防護(hù)功能的生產(chǎn)中心。

本產(chǎn)線的主要設(shè)計目的是通過引入機器人代替人工完成密封工件的自動上下料作業(yè),實現(xiàn)密封工件高質(zhì)量、高效率的批量化生產(chǎn)。生產(chǎn)線涉及的主要設(shè)備有注塑機、油溫機、振動盤、切邊機、RB08型號機器人等,具體的工作流程步驟如下:

步驟1,檢測設(shè)備無異常后,機器人上料至注塑機:

步驟2,注塑機進(jìn)行密封工件注塑加工:

步驟3,注塑機完成工件的注塑作業(yè)后,機器人抓手抓取工件至切水口裝置上方,切水口完成:

步驟4,機器人下料至振動盤,振動盤自動上料至切邊機,完成切邊機的切邊作業(yè):

步驟5,切邊機切邊完成后,機器人下料至下料框:

步驟6,當(dāng)下料框堆滿后,機器人暫停作業(yè),人工推走下料框,并換上新的下料框。

2智能上下料生產(chǎn)線的整體布局設(shè)計

2.l密封工件自動上下料智能產(chǎn)線的需求分析

在進(jìn)行本智能上下料生產(chǎn)線的整體布局設(shè)計前,需要對企業(yè)的生產(chǎn)車間進(jìn)行實地調(diào)研,并結(jié)合企業(yè)的未來發(fā)展規(guī)劃,完成對密封工件自動上下料生產(chǎn)線的需求分析,具體如下:

（1）該智能生產(chǎn)線需要滿足多規(guī)格、多型號的型材上下料生產(chǎn),突出生產(chǎn)柔性與靈活性,滿足企業(yè)不同產(chǎn)品加工需求。

（2）基于工業(yè)機器人的自動上下料工藝流程,在連續(xù)自動上下料的過程中,各工位的各項功能能夠在控制系統(tǒng)控制下實現(xiàn)自行調(diào)節(jié),同時確保自動上下料動作精準(zhǔn)迅速,與工位生產(chǎn)節(jié)拍一致。

（3）密封工件智能生產(chǎn)線的整體布局設(shè)計需要結(jié)合該企業(yè)現(xiàn)有資源、廠房布局和未來發(fā)展規(guī)劃開展,設(shè)計的產(chǎn)線除了滿足本密封工件的生產(chǎn)技術(shù)要求外,還要預(yù)留改善的空間,方便日后進(jìn)行產(chǎn)線新功能添加,提高生產(chǎn)線環(huán)境適應(yīng)能力。

2.2生產(chǎn)線整體布局

借助數(shù)字孿生技術(shù)和計算機輔助工藝,本生產(chǎn)線以上述工作流程為基礎(chǔ),以"設(shè)計一工藝一制造調(diào)試"為布局思路,經(jīng)過不斷地優(yōu)化設(shè)計,最終確定的智能生產(chǎn)線的整體布局如圖1所示。

密封工件加工是將直徑為52mm的sPCC鐵件按照圖樣要求加工成成品工件 ,工件正反面成品圖如圖2所示。

根據(jù)項目加工工藝要求,需要完成取骨架一入模具一注塑成型一取出產(chǎn)品一剪水口一切唇等不同工序,加工過程中需要在注塑機、切邊機和油溫機等不同設(shè)備之間轉(zhuǎn)換 。因此 ,本設(shè)計方案需要由一臺RB08型號機器人、一臺 注塑機、一 臺油溫機、振動盤、一 臺切邊機等構(gòu)成 , 同時引 入制造執(zhí)行系統(tǒng)MEs、PLC、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能制造。

根據(jù)工件、手爪重量和設(shè)備布局情況,初步選用RB08機器人作為該密封工件自動上下料生產(chǎn)線的機器人。GsK-RB系列工業(yè)機器人在我國國產(chǎn)機器人中具有一定代表性,為廣州數(shù)控自主研發(fā)和生產(chǎn),目前主要用于數(shù)控機 床的上下料、搬運、焊接、噴漆等生產(chǎn)作業(yè)。

RB08機器人(圖3）主要由機器人本體、控制柜和示教盒三部分組成,屬于六自由度機器人,其中機器人本體為機械執(zhí)行機構(gòu),末端含有結(jié)合工件的形狀、尺寸等特點設(shè)計的氣動手爪,實現(xiàn)對工件的夾持,本生產(chǎn)線采用雙工位的手爪設(shè)計,外夾工件。機器人控制柜包括機器人控制器、伺服驅(qū)動單元等裝置,屬于機器人的控制中樞,機器人自帶I/o與外圍設(shè)備進(jìn)行信號交接 。示教盒屬于人機交互接口,操作者通過示教器可以編制多種應(yīng)用程序,對機器人進(jìn)行示教、編程、系統(tǒng)設(shè)置,滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代及增加新產(chǎn)品的要求。

除了機器人外,本生產(chǎn)線還包括一些其他重要設(shè)備:(1）振動盤,起理料作用,末端需定制定位機構(gòu),實現(xiàn)工件末端定位;(2）切水口裝備,機器人夾持工件位于裝置上方 ,剪切水口 :(3）安全圍欄 ,機器人工作區(qū)域安裝防護(hù)圍欄,采用優(yōu)質(zhì)網(wǎng)格焊接,表面烤黃色警戒漆,全圍欄上設(shè)有安全鎖,當(dāng)安全鎖打開,工人進(jìn)入機器人工作區(qū)時,自動化單元會立即停止工作,保證人員安全。

3自動化上下料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

本產(chǎn)線以自動上下料為背景,以制造執(zhí)行系統(tǒng)MEs為核心 ,建立智能制造管控系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)采集引擎功能,通過分析密封工件加工工藝、各設(shè)備位置、環(huán)境等數(shù)據(jù)類型,整合數(shù)據(jù)采集渠道 (RFID、PLC、CNC、PC）等,實現(xiàn)對整個車間各個制造環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)覆蓋,實現(xiàn)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)邏輯模型的構(gòu)建、車間實時異常檢測數(shù)據(jù)的獲取,保證生產(chǎn)線現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時、準(zhǔn)確、全面采集。

PLC的主動控制是MEs控制系統(tǒng)的核心之一。在進(jìn)行智能產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計時,首先需要結(jié)合生產(chǎn)線的工藝流程要求進(jìn)行PLC模塊的擴展,正確編寫和調(diào)試PLC組態(tài)通信應(yīng)用程序,正確配置I/O,完成權(quán)限控制、質(zhì)量控制、流程控制和報警顯示;其次對HMI的寄存器、變量等數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分配,完成HMI工控組態(tài)和PLC編程,實現(xiàn)與RB08機器人、注塑機、油溫機、切邊機等相關(guān)設(shè)備的信號連接和通信調(diào)試;最后進(jìn)行MEs系統(tǒng)與RB08機器人、注塑機、油溫機、切邊機等設(shè)備參數(shù)配置,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和信號連接,最終達(dá)到可視化管理的目的。

4 結(jié)語

近年來,制造業(yè)中產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁,進(jìn)行產(chǎn)品定制和個性化設(shè)計越來越重要。智能自動化生產(chǎn)線具備裝配靈活、安全高效等優(yōu)勢 ,因而成為當(dāng)前動態(tài)市場的最佳選擇。本文就是基于企業(yè)的生產(chǎn)個性化需求,在深入剖析某企業(yè)密封工件加工工藝后,結(jié)合工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行的智能產(chǎn)線開發(fā)設(shè)計 ,能滿足加工過程的自動上下料作業(yè)、檢測以及產(chǎn)品加工信息共享等要求,加速實現(xiàn)跨行業(yè)和跨企業(yè)的分布式制造。